发动机转速是发动机最重要的参数之一。在一些基本的发动机试验中,如发动机的外特性试验和排放试验,发动机转速被作为基本变量使用。因此,简单而有效地测量发动机转速对于提供发动机曲轴位置信号非常有用。下面介绍了一种简单且有效的
测量发动机
转速的方法。
方法选择
目前,有几种测量方法可用于测量转速。其中一种常用的间接测量法是将曲轴转角进行等间距分度,并通过传感器在发动机旋转时感应电信号。通过测量每个分度经过的时间来计算转速。该方法主要使用光电法和磁电法两种原始信号的测取方法。
光电法:通过在轴或飞轮上布置反射带,并使用光电编码器将反射光信号转换为电信号。其输出为矩形脉冲信号。光电法能够提供高精度的离散角位移信号,非常适合转速测量。然而,该方法需要将光电编码器与曲轴连接,增加了安装难度,并且抗干扰能力较差,不适合在恶劣条件下进行测量,因此在一定程度上具有局限性。
磁电法:使用电磁传感器,在曲轴上的齿圈转动时切割磁力线并感应出电信号。其输出为近似正弦波。尽管磁电法受到干扰因素影响较多,对测量精度有一定影响,并需要对测量数据进行处理,但它具有操作简便、安装方便以及在恶劣条件下工作的特点。正因如此,磁电法仍然是主要的转速测量方法。
在本文中,我们采用了磁电法来测量发动机转速。
变磁通式磁电感应传感器是目前广泛使用的车辆轮速传感器。它由线圈和永久磁铁等组成。根据电磁感应定律,当回路面积内的磁通量发生变化时,会在回路中产生感应电动势,其大小与磁通量的变化率成正比。
在曲轴飞轮旁安装了一个支架,上面配备了一种磁电传感器。根据磁电感应原理,在曲轴以角速度旋转时,飞轮上的齿齿依次通过磁电传感器。这导致磁路的磁阻发生变化,进而使穿过线圈的磁通量周期性变化。线圈中感应出近似正弦波的电压信号。
在实际测量中,有两种测量T(时间间隔)的方法:周期法和频率法。对应的计数方式包括软件计数法和硬件计数法。周期法是直接测取相邻两个齿之间的时间来计算发动机的瞬时转速。频率法则是利用高频晶体振荡器产生高频脉冲,并由高频脉冲计数器对其进行计数。通过将相邻两个齿之间的脉冲数乘以脉冲周期,即可得到时间间隔T。
这两种方法各有优缺点。频率法在汽车高速行驶时具有较高的精度和较小的误差。然而,当车辆制动减速时,其采集精度明显降低,误差增加。相反,周期法在低速行驶时具有较高的精度和较小的误差,在高速行驶时精度下降,误差增加。由于这两种方法都存在明显的测量界限,因此无法实现全速范围内的轮速采集。
误差的主要来源是采集周期T=nt的相对误差。这个相对误差主要来自两个方面。
首先,时标信号周期的相对误差在一定程度上影响了测量精度。然而,由于大多数单片机采用精度较高的石英晶振,其误差相对较小。
其次,填充脉冲计数器的相对误差也会对测量结果产生影响。在低转速时,周期较长,计数器引起的轮速误差相对较小,因此测量具有较高的精度。但在高转速时,信号周期变短,计数器误差对测量结果的影响增大。
小结
本文介绍了使用磁电感应式轮转传感器的工作原理和信号输出特性来测量发动机转速的方法。通过这种方法,实现了对发动机转速的简单、有效测量。值得注意的是,该传感器是测量发动机转速的信号源,如果出现故障,将会影响发动机的正常工作。